模具设计与制造大作业.docx

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模具设计与制造大作业

模具设计与制造大作业

机械 0804胡川红20081884

图示连接板冲裁零件，材料为 10 钢，厚度为 2mm，该零件年产量 20 万件，

冲压设备初选为 250kN 开式压力机，要求：

1.冲裁件工艺性分析。

2.选择模具的结构形式。

3.设计排样，画排样图。

4.进行必要的工艺计算。

冲压力、凸凹模间隙及尺寸等

5.选择与确定模具的主要零部件的结构。

包括：

定位、导向、卸料、支撑结构

6.选择压力机，校核模具闭合高度及压力机有关参数。

7.绘制模具总图。

1.冲裁工艺分析

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

良好的冲裁工艺性

是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产效率较高、成本较低的条件下

得到质量合格的冲裁件。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的

冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，

形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。

根据这一要求对该零件

进行工艺分析。

1.1几何形状该冲裁件外形简单，形状规则，且成几何中心对称。

1.2冲裁件的外形和内孔没有尖角。

1.3冲孔的尺寸适宜。

冲孔的直径 d ≥ 1.3t ；1.3t=1.3x2=2.6 小于 8.5mm 满

足条件。

1.4最小孔距、孔边距经应满足 a ≥ 2t ，经计算零件的孔边距为 5.75mm 大

于最小孔边距 2t=2x2=4mm、孔距为 40mm 明显足够。

1.5材料10 钢属于碳素钢，查附表可知其屈强比较小，延伸率较高，

具有良好的冲压性能。

1.6 冲裁件的精度和断面粗糙度 由于零件内外形尺寸均未注公差，属自由

尺寸，可按 IT14 级确定工件尺寸公差，经查公差表得各尺寸公差分别为：

零件的外形尺寸：

 20-0.52

14-0.43

0

零件的空尺寸：

 8.5+0.36

工艺性分析的结论：

此零件适合冲裁

2.模具结构形式的选择

2.1确定冲压工艺方案确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包

括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案应在不同

的工艺分析进行全面的分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一

个合理的冲压工艺方案。

2.1.1 方案种类 该零件包括冲孔，落料两个基本工序，可以采用以下三种

方案：

（1） 采用单工序模生产：

先落料再冲孔

（2） 采用级进模生产：

冲孔—落料依次冲压

（3） 采用复合模生产：

冲孔—落料复合冲压

2.1.2方案的比较与分析

方案

（1）模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加

工，且生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求，且更重要的是在

第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量

大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。

故而不选此方案。

由于零件结构简单对称，为提高生产效率，主要可以应用以下两种方

案即采用复合冲压或级进冲压，又由于级进冲压模具结构相对复合冲压模

具结构较大，且较为复杂些，为了便于工艺加工及节省昂贵的模具材料，

本模具采用复合冲裁方式进行生产，且结构紧凑，零件精度高，生产效率

高。

2.2模具机构形式的确定

复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。

考虑到工件

成形后，如何脱模方便。

正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出

工件，取也不方便。

倒装式复合模成形后工件留在上模，只须在上模装一

推出装置，借助模具的合复力就可以轻松的将工件给卸下来，故采用倒装

式复合模，因该制件较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。

它还可

以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用，和定位钉定位方式。

3．排样的设计

排样是冲裁件在调料或板料上的布置方法。

排样的合理与否直接关系

到材料利用率的高低，在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要

的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低

成本的有效措施之一。

冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的

类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。

 零件

外形近似矩形，轮廓尺寸为 60x20，根据工件的形状，确定采用无废料排

样的方法是不可能做到；但能采用有废料和少废料的排样方法。

考虑到操

作方便并为了保证零件精度，排样方式采用直排有废料排样。

 排样时，冲

件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

它的作用是补偿定位

误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。

 搭

边数值取决于以下因素：

①件的尺寸和形状。

②材料的硬度和厚度。

③排样的形式（直排、斜排、对排等）。

④条料的送料方法（是否有侧压板）。

⑤挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。

搭边值一

般是由经验再经过简单计算确定的。

查表得搭边参考值为：

沿边 a=1.8 ，工件间 a1=1.5

调料宽度：

 B=D+2a+V=60+2⨯1.8+0.6=64.2mm

条料排样图如下图所示

4．必要的工艺计算

4.1 冲压力计算

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。

则冲裁力可按下式计算：

 F=KLtτ

考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差

等因素的影响，可取安全系数为 K=1.3，并取抗剪强度 τ=0.8σ b ，生产中

为了计算方便冲裁力可按下式计算：

F=Ltσ b

式中L—冲裁轮廓的总长度（mm）；

t—板料厚度（mm）；

σ b —板料的抗拉强度（MPa）。

查表取σ b =300Mpa

落料力：

 F落=Ltσb =146.08⨯2⨯300=87.65KN

冲孔力:

F孔=Ltσb=26.70⨯2⨯300=1.60KN

冲裁力：

 F=F落+F孔=87.65+1.60=89.25KN

由于影响卸料力、推加力和顶件力的因素很多，根本无法准确计算。

在生

产中均采用下列经验公式计算：

1

3

推件力 F=nK1F=6⨯0.055⨯89.25=29.45KN

卸料力 F=K3F=0.05⨯89.25=4.46KN

总冲裁力

013

F =F+F+F =89.25+29.45+4.46=123.16KN

K1 、 K3 —分别为推件力和卸料力系数，

n—同时卡在凹模洞口内的零件个数， n=h/t

h（h 为凹模洞口深度，t 为料厚）查表在此取 h=12

4.2初步预选压力机 根据以上所计算得到的总冲压力，查表初选型号为

JB23-25 的压力机。

4.3工作零件刃口尺寸计算

刃口工艺分析：

结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配作法，

落料时，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，

外形mm：

磨损后尺寸变大0.4314-

内孔：

磨损后尺寸变小08.5Φ

凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配作；冲孔时，则只需计算凸模的刃

口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按要求配作；只是需要

在 配 作 时 保 证 最 小 双 面 合 理 间 隙 值 查 表 Zmin=0.100mm 。

 工 件 精 度 取

IT14，x=0.5。

4.31 落料凹模

0

外形 Φ20-0.52 mm：

磨损后尺寸变大

aδ00

D =（D-x∆）0d =（20-0.5⨯0.52）+0.13 =19.74+0.13mm

0

aδ00

B =（B-x∆）0d =（14-0.5⨯0.43）+0.1075 =13.93+0.1075mm

相应凸模尺寸按凹模刃口尺寸配作，保证间隙 Zmin 即可。

式中 x—系数，在 0.5~1 之间，查表得 x=0.5

∆ —冲裁零件制造公差

δd —凹模的制造公差，在此取 δd = ∆ / 4

Zmin—最小初始双面间隙，查表，取 Zmin=0.100mm

4.3.2 冲孔凸模

+0.36

T000

A = （A+ x∆）-δp = （8.5+0.5⨯0.36）-0.09 = 8.68-0.09mm

相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证 Zmin=0.100mm 即可。

式中 x—系数，在 0.5~1 之间，查表得 x=0.5

∆ —冲裁零件制造公差

δd —凹模的制造公差，在此取 δd = ∆ / 4

Zmin—最小初始双面间隙，查表 3-3，取 Zmin=0.100mm

4.3.3.孔心距（凹模、凸模磨损后不变的尺寸）

CT =C±δp = 40±0.01875mm

4.4 凸凹模的尺寸设计

（1）冲孔凸模

凸模长度：

Lt=h1+h2+h3 =14+12+14 =40mm

式中 h1—凸模固定板厚度，一般取（0.6~0.8）凹模板厚

h2—空心垫板厚

h3—落料凹模板厚

凸模零件图如图所示：

（2）落料凹模

由式 H=ks（H≥8）H=0.30x60 =18mm

由式 B=s+（2.5~4.0）HB=60+（2.5~4.0）x18 =105~132

由式 L=s1+2s2 L=20+2x30 =80mm

式中 H—凹模厚度

B—垂直于送料方向的凹模宽度

L—送料方向的凹模长度

k—系数，查表取 k=0.30

s—垂直于送料料方向的凹模刃壁间的最大距离

s1—送料方向的凹模刃壁间的最大距离

s2—送料料方向的凹模刃壁到凹模边缘的最小距离

查表根据上面所算得的尺寸，确定凹模

板外形规格为 125x125x18（mm），因考虑到昂贵的模具材料的节省，将凹模

板作成

薄型形式并加空心垫板后实取为 125x125x14（mm）其

零件图如图所示：

（3）凸凹模

L 凸凹 = h1+h2+h3 =10+34+14 =58mm

式中 h1—卸料板厚度一般取（6~12）在此取 h1=10mm

h2—卸料板下平面到凸凹模固定板上平面的之间距离，根据经验值一般取

（25~35）

mm,在此取 34mm.

h3—凸凹模固定板厚度，一般取（0.6~0.8）倍凹模板厚度，在此取为 14mm

剙

凸凹模零件图如图所示：

5.冲裁模主要零部件的结构设计

模具总体设计 根据已确定的工艺方案，分析可知模具结构可采用前后

送料，挡料销定距，导料销定位，弹性卸料装置卸料，下漏料方式的倒装

式冲裁，模具结构形式可采用后置导柱标准模架

5.1.固定挡料销

冲模的定位装置及零件，其作用是保证材料的正确送进及在冲模中的

正确位置，以保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进行。

查表挡料销具体参数如下：

材料：

45#钢

热处理：

HRC43-48

规格：

A6x4x3GB2866.11-81

5.2.导料销

查表挡料销具体参数如下：

材料：

45#钢

热处理：

HRC43-48

规格：

A6x4x3GB2866.11-81

5.3.卸料零件设计

卸料板

本模具采用弹性卸料装置，卸料板厚度根据经验值一般取（6-12）mm 在此

取 10mm,

其周界尺寸与落料凹模同等大小。

其零件图如图所示：

卸料螺钉

查表 10-64（参考文献[2]）确定卸料螺钉相关参数如下:

材料:

 45#钢热处理:

24~28HRC

规格:

 10x60GB2867.5-81

5.4推件零件设计

（1）打杆

由于零件结构的限制，其结构形式采用简单的圆柱式打杆，其直径按模柄

孔大小

确定，d=12mm 打杆长度 L=L1+L2+C

L=10+95+15 =120mm

式中 L1—推出状态时，打杆在垫板上平面以下的长度

L2—模柄长度

C—考虑各种误差而加的常数，通常取 C=10~15 在此取 15mm

打杆零件图如图所示：

（2）推件块

推件块按落料凹模配作，保证间隙在（0.5~1）mm,推件块凸台与空心垫板

之间的

间隙在此取 0.5mm,推件块长度 L=L1+L2+L3 L=4+18+2=24mm

式中 L1—推件块凸台高，一般取（3~4 ）mm 在此取为 4 mm

L2—在推出状态时，推件块凸台下平面到落料凹模板下平面的距离

L3—推件块行程

其零件图如图所示：

5.5固定板、垫板设计

（1） 凸 模 固 定 板 凸 模 固 定 板 厚 度 为 （ 0.6~0.8 ） 倍 落 料 凹 模 板 厚 ， 即

（0.6~0.8）x18=（10.8~14.4）mm 在此取 14mm，其周界尺寸与落料凹模同等大。

其零件图如图所示：

（2）凸凹模固定板

凸 凹 模 固 定 板 厚 度 为 （ 0.6~0.8 ） 倍 落 料 凹 模 板 厚 ， 即

（0.6~0.8）x18=（10.8~14.4）mm

在此取 14mm，其周界尺寸与落料凹模同等大。

其零件图如图所示：

上垫板

根据下式算得结论，验证是否需要垫板

查表 3-34模座材料的许用应力（参考文献[1]）

得σ在 90~140MPa 之间

明显本模具不需要垫板,但由于结构的需要,所以加一块厚为 6mm 的垫板，

其周界尺寸

与落料凹模同等大，垫板零件图如图所示：

（4）空心垫板

为了节省昂贵的模具材料而作成两部分的空心垫板，其零件图如图所示：

5.6模架、模柄的选择

（1）模架

随着冷冲压技术的发展和新型模具材料的出现，模具结构也发生了一定的

变化，

虽然模具的结构类型很多，但对其基本要求是一致的。

即不仅能冲出合格

的零件，适

应生产批量的需要，而且要求操作方便，生产安全、寿命长、成本低，以

及制造和维

修方便。

随着冷冲模国家标准实施以来，在设计模具时对冲模模架的选择

一般都是按

国家标准来选的。

由前面所确定的为标准的后置导柱模架,又根据凹模周界尺寸 L=125mm

B=125mm 初选模架 125x125x（160~190）mm GB/T2851.3-90.查表 2-41（参

考文献[2]）

又依模具结构草图及以上得到的各板厚度,可知模具闭合高度

H=35+6+40+58+45-1=183mm 在模架最大最小闭合高度（160~190）之间。

所以所选模架合适。

（2）模柄

本模具采用压入式模柄,又根据所初选的压力机，从而得到的模柄孔尺寸参

数，可

以确定模柄相关参数如下：

材料：

Q235

规格：

A40x95GB286.21-81

5.7螺钉及销钉的选择

（1）上模紧固螺钉

材料:

45#钢

规格:

GB/T65-2000M8x65查附表 4.3 （参考文献[4]）

（2）下模紧固螺钉

材料:

45#钢

规格:

GB/T65-2000M8x40查附表 4.3 （参考文献[4]）

（3）凸凹模紧固螺钉

材料:

45#钢

规格:

GB/T65-2000M8x40查附表 4.3 （参考文献[4]）

（4）上模长圆柱销

材料:

45#钢

规格:

GB/T119.110 x60查附表 4.14 （参考文献[4]）

（5）上模短圆柱销

材料:

45#钢

规格:

GB/T119.110 x45查附表 4.14 （参考文献[4]）

（6）上模短圆柱销

材料:

45#钢

规格:

GB/T119.110 x40查附表 4.14 （参考文献[4]）

（7）防转销

材料:

45#钢规格:

 6x14

6. 选定设备

压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。

压力机在不加载状态下的精

度称为静精度，加载状态下的精度称为动精度。

当压力机的动精度不好时，就等于哟暖和精度不好的压力机进行冲压加工。

由于测量动精度很困难，目前还没有压力机动精度的标准，生产厂家也只

保证压力机的静精度。

因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、

框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。

 根据第

三部分初选的压力机，以及第四部分所得到的模具闭合高度，校核压力机

是否合适。

Hmax-5mm≥H+T≥Hmin +10mm

Hmax-T-5mm≥H≥Hmin-T+10mm

270-50-5mm≥H≥215-50+10mm

215mm≥H≥155mm

显然前面初选的压力机能够满足要求

式中Hmax—压力机的最大闭合高度

Hmin—压力机的最小闭合高度

T—垫板厚度

压力机主要技术参数如下表所示：

模具结构草图，如下图所示：